文 周 王永飛 張峻嶺
(1.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東 東莞 523808;2.西安交通大學(xué)機械學(xué)院,陜西 西安 710049)
我國瓦楞紙箱工業(yè)起步相對較晚,但是近年來,發(fā)展速度十分迅猛、工業(yè)規(guī)模也迅速擴大[1]。我國瓦楞紙板生產(chǎn)線與單面機數(shù)量、增長速度、規(guī)格結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平等指標均已在世界上排列前茅。瓦楞輥是瓦楞紙板生產(chǎn)線及單面機的關(guān)鍵性設(shè)備,其質(zhì)量的高低,影響著瓦楞紙板生產(chǎn)線的效率與穩(wěn)定性[2]。但是由于瓦楞輥受力較大,且運行速度較快等因素,導(dǎo)致瓦楞輥成為非常易損的部件之一[3]。在這樣的背景下,對其進行力學(xué)性能分析以及表面處理,是非常迫切且意義重大。
本文通過運用三維建模軟件,對瓦楞輥進行模型的建立,然后通過將模型導(dǎo)入到ANSYS軟件中,對其進行力學(xué)性能分析,為后期表面處理提供理論依據(jù)。
瓦楞輥都是成對出現(xiàn),分為上瓦楞輥和下瓦楞輥,它們在單面機上與涂膠輥、壓力輥相組合運轉(zhuǎn)。兩層瓦楞紙板的生產(chǎn)工藝過程為:熨燙成型→施膠→糊化→復(fù)合干燥[4]。導(dǎo)紙輥可以調(diào)節(jié)瓦楞原紙的張力,
預(yù)熱輥則用來控制濕度,滑過上瓦楞輥進入加熱輥之間的瓦楞狀通道,然后受壓并熨燙成型。成型后的瓦楞芯紙經(jīng)過涂膠輥后,其楞峰被涂上一層膠水。施膠后的瓦楞紙隨下瓦楞輥繼續(xù)運轉(zhuǎn),糊膠受熱后逐漸糊化。這樣就生產(chǎn)出了具有不同楞形的兩層瓦楞紙板。
對上下瓦楞輥進行受力分析,下瓦楞輥為主動輥,受到的力較大。因此本文主要考慮下瓦楞輥受力情況。下瓦楞輥受到了重力、軸承對其支撐力、阻力矩、驅(qū)動力矩、上瓦楞輥對其反作用力。
運用三維建模軟件Pro/E對其進行三維建模,使用游標卡尺、直尺等測量工具對其尺寸進行測量。通過草繪來進行瓦楞輥截面的繪制,繪制完成后,進行拉伸,在經(jīng)過陣列得到所有的齒,完成三維建模。
在Windows系統(tǒng)下點擊workbench命令,啟動ANSYS workbench12.0.在工具箱中選中幾何體選項,雙擊,即可完成新建項目的創(chuàng)建。在Toolbox中選中Analysis system中的Static Structure,創(chuàng)建項目B,關(guān)聯(lián)相關(guān)數(shù)據(jù)。
將前面建立好的三維模型另存為IGES文件,在A2欄中的幾何體上點擊右鍵,在彈出的快捷菜單中選中導(dǎo)入模型命令,點擊瀏覽,然后打開剛剛保存的IGES文件,再單擊生成按鈕,即完成了ANSYS的文件導(dǎo)入。
因為瓦楞輥材質(zhì)為35CrMo,此種材料在材料庫中沒有,故需在材料庫中進行添加。在界面的空白處單價鼠標右鍵,選中工程數(shù)據(jù)源。在工程數(shù)據(jù)源中選中一般物質(zhì),然后單擊outline of Favorites欄的添加按鈕,材料屬性為 EX=2.2×1011,PRXY=0.28,DENS=7800Kg/m3。將以上參數(shù)添加到新材料中。雙擊項目B中的Engineering Date項,在該項中進行材料參數(shù)的設(shè)置。
將前面的受力分析結(jié)果,進行計算,計算的到的結(jié)果進行載荷加載。并進行約束,左邊為固定鉸鏈,右邊為滑動鉸鏈。
選擇 Mechanical界面左側(cè) Outline(分析樹)中的 Solution選項,此時會出現(xiàn)Solution工具欄。選擇 Solution工具欄中的 Stress→Equivalent(von-Mises)命令。 然后,選擇 Solution工具欄中的 Strain→Equivalent(von-Mises)命令。選擇 Solution 工具欄中的 Deformation(變形)→Total命令,點擊 Total Deformation選項。在快捷菜單中選擇Equivalent All Results命令,即可得到應(yīng)力與應(yīng)變云圖。
通過對瓦楞輥進行力學(xué)分析,可以得到其脆弱部,對其進行表面熱處理,采用表面鍍鉻技術(shù)。其表面淬硬并進行精磨,然后在瓦楞輥表面鍍上一層0.08毫米的硬鉻鍍層,可以降低楞此表面的摩擦系數(shù),增強楞齒的耐磨性能,延長瓦楞輥的使用壽命。對包裝瓦楞紙板生產(chǎn)線高效穩(wěn)定的運行有著積極的意義。
[1]樊燕.淺析我國包裝紙板市場與發(fā)展動態(tài)[J].造紙信息,2015,3:28-30.
[2]勒偉.瓦楞紙包裝展望[J].中國包裝,2015(7):31-32.
[3]楊瑞豐.瓦楞紙箱生產(chǎn)實用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.
[4]崔小龍.基于ANSYS的機電產(chǎn)品包裝箱底架模態(tài)分析與研究[J].包裝與食品機械,2014,6:15-19.
[5]張建中.基于ANSYSWorkbench的薄壁筒形件有限元分析[J].包裝與食品機械,2014,3:32-35.
[6]吳水平,袁博.基于有限元的瓦楞輥中凸曲線優(yōu)化設(shè)計[J].包裝工程,2014(9):48-51.